Laboratorijoje, kuri jungia smegenis su kvantiniais kompiuteriais

Jungtinės Karalystės Plimuto universiteto kambaryje doktorantas. studentas sėdi prie kompiuterio, užsimerkęs, tarsi medituotų. Ant jo galvos yra tai, kas atrodo kaip juoda plaukimo kepuraitė, bet iš tikrųjų yra elektroencefalogramos (EEG) skaitytuvas, kuris jaučia elektros aktyvumą, einantį per jo galvos odą. Priešais jį, monitoriuje, yra vielinio rėmo gaublio vaizdas su dviem taškais, pažymėtais „1“ ir „0“. Žemės rutulio centre, kaip laikrodis su viena rodykle, yra rodyklė, kuri svyruoja tarp dviejų taškų. Kai mokinys keičia savo išraišką iš atsipalaidavimo į susijaudinimą išplėtusiomis akimis, rodyklė trūkčioja ir juda. Kas kelias sekundes jis įveda naują skaitmenį.

Tai gali atrodyti mažai (ir šiuo metu vis dar labai ankstyvos šio darbo dienos), bet vis tiek tai žavūs dalykai. Kai mokinys keičia savo smegenų modelius iš ramių į energingas ir vėl grįžta, jis sukuria alfa ir beta bangas, kurios vėliau yra naudojamos manipuliuoti imituotais kubitais – kvantinio skaičiavimo elementiniu vienetu, atspindinčiu kvantinės fizikos matematiką – nenaudodami nieko daugiau, tik galią minties.

„Jei išmoksite sukurti šias dviejų rūšių bangas, galite nusiųsti tam tikrą Morzės kodą į kompiuterį. profesorius Eduardo Miranda Plimuto universiteto atstovas pasakojo „Digital Trends“. „Problema ta, kad šiuo metu vienos komandos generavimas užtrunka aštuonias sekundes, nes EEG yra labai lėtas. Mums reikia daug apdorojimo, kad galėtume jį analizuoti. Ir ši analizė nėra tokia tiksli, todėl turime daug kartų tikrinti, ar kodas tikrai yra tai, ką žmogus nori sukurti.

Sveiki atvykę į šiek tiek drebančius, nejudančius kvantinio programavimo pasaulio žingsnius naudojant smegenų ir kompiuterio sąsają. Pasak jo kūrėjų, tai yra to, ką komanda vadina Quantum Brain Network (sutrumpintai QBraiN), kūrimo pradžia. Be to, jis turi galimybę padaryti daugybę dalykų, dėl kurių verta susijaudinti.

Daugiau nei jo dalių suma ar skrudintuvas-šaldytuvas?

Jei matėte įdomiausių technologijų, šiuo metu mirgančių technologijų horizonte, sąrašą, beveik neabejotinai susidūrėte su terminais smegenų ir kompiuterio sąsaja (BCI) ir kvantinis kompiuteris.

BCI yra išgalvota terminija, skirta kompiuterio valdymo būdui naudojant smegenų signalus. Nors kiekvieną įrenginį su rankine įvestimi techniškai valdo smegenys, nors dažniausiai per tarpininką, pvz., pirštus ar balsą, BCI suteikia galimybę siųsti šias komandas išoriniam pasauliui, prieš tai neišvedant iš smegenų į periferinius nervus arba raumenis.

Tuo tarpu kvantiniai kompiuteriai atstovauja Kitas didelis dalykas kompiuterijoje. Pirmą kartą pasiūlyta devintajame dešimtmetyje, nors tik dabar pradėjusi tapti technine realybe, kvantinė kompiuterija reiškia visiškai naują požiūrį į kompiuterių architektūrą. Jis bus ne tik daug galingesnis už esamus klasikinius kompiuterius, bet ir leis tai padaryti pasiekti dalykų, kurie būtų neįmanomi net sujungus milijonus šiandieninių superkompiuterių kartu. Jei tikite jų šalininkais, jie galėtų būti atsakas į neišvengiamą dalyką mums žinomo Moore'o įstatymo pabaiga.

Tačiau nors BCI ir kvantiniai kompiuteriai neabejotinai yra daug žadančios technologijos, atsirandančios tuo pačiu istorijos momentu, kyla klausimas, kam juos sujungti – būtent tai ir yra JK Plimuto universiteto, Ispanijos Valensijos universiteto ir Sevilijos universiteto, Vokietijos Kipu Quantum ir Kinijos Šanchajaus universiteto mokslininkų konsorciumas ieško daryti.

Technologai nemėgsta nieko daugiau, kaip maišyti daug žadančias koncepcijas ar technologijas, tikėdami, kad susijungusios jos bus daugiau nei jų dalių suma. Kartais tai veikia puikiai. Kaip savo knygoje aprašo rizikos kapitalistas Andrew Chenas Šalto užvedimo problema, „Instagram“ pasinaudojo kameromis aprūpintų išmaniųjų telefonų atsiradimu ir tuo pačiu galingu socialinės žiniasklaidos tinklo efektu, kad taptų viena greičiausiai augančių programėlių istorijoje.

Tačiau paimti dvi būtinas technologijas ir jas derinti ne visada pavyksta. „Apple“ generalinis direktorius Timas Cookas kartą šmaikštavo, kad „galite sujungti skrudintuvą ir šaldytuvą, bet, žinote, tie dalykai tikriausiai nebus malonūs vartotojui“.

Taigi, kodėl smegenų valdomas kvantinis kompiuteris yra buvęs pavyzdys, klubo „daugiau nei jo dalių suma“ narys, o ne skrudintuvo ir šaldytuvo problemos simptomas? A dokumentas, išleistas 2022 m. pradžioje, minėtasis tyrėjų konsorciumas rašo, kad: „Numatome labai sujungtų „wetware“ ir techninės įrangos tinklų, apdorojančių klasikinius ir kvantinės skaičiavimo sistemos, tarpininkaujamos smegenų ir kompiuterių sąsajų ir A.I. Tokie tinklai apims netradicines skaičiavimo sistemas ir naujus žmogaus-mašinos būdus sąveika“.

Naudojimo atvejų gausu

Svarbiausias – ir, jei jis veikia, iš karto transformuojantis – Quantum Brain Network pritaikymas yra tai, kad jis padės BCI dirbti geriau. Mūsų smegenys yra neįtikėtinai sudėtingos. Jie gali pasigirti 100 milijardų neuronų, sudarančių milžiniškus tinklus su kvadrilijonais jungčių, nuolat bendraudamos viena su kita per mažus elektrinius impulsus. Šiandien mokslas gali užfiksuoti smegenų dalių bendravimo būdą – nuo ​​mažiausio neurono sąveikos iki didesnio ryšio tarp neuronų tinklų.

Tačiau tai paprastai apima labai specializuotas technologijas, tokias kaip funkcinis magnetinio rezonanso tomografija (fMRI), kuri yra prieinama tik aukščiausiose tyrimų laboratorijose. BCI eksperimentai, pagrįsti buku EEG instrumentu, paprastai yra gana supaprastinti, ką jie gali padaryti: Tarkime, nuspręsdami, ar žmogus galvoja apie mėlyną ar raudoną spalvą, ar priversti droną judėti aukštyn ir žemyn, ar kairėn ir teisingai. Jiems trūksta niuansų.

Dabar tai keičiasi, paaiškino Miranda. „Mes pradedame turėti prieigą prie geros techninės įrangos. Vis geresnis EEG skenavimas išeina.”

Tačiau geresnė smegenų bangų jutimo aparatinė įranga yra tik viena galvosūkio dalis. Kaip analogiją įsivaizduokite, kad futbolo stadiono viduryje yra nepaprastai tikslus mikrofonas. Mikrofonas yra toks galingas, kad gali užfiksuoti kiekvieną garsą, kurį skleidžia tūkstančiai stadione esančių gerbėjų, nepaisant to, ar jie garsiai džiūgauja, ar tyliai gurkšnoja dešrainį. Tačiau, kad ir kaip tai būtų įspūdinga, be tinkamos garso filtravimo programinės įrangos negalėtumėte padaryti daugiau, nei klausytis sukauptos, beformės minios triukšmo masės. Toks mikrofonas pats savaime nepadės nustatyti, pavyzdžiui, ką sako 77A sėdynėje sėdintis asmuo.

Jums reikia ne tik gebėjimo rekordas šią informaciją, bet ir į dekoduoti ir padaryti jį naudingu. Ir greitai. Būtent tai galėtų padaryti kvantinis kompiuteris, naudodamas savo pranašumus, kad padėtų geriau apdoroti neįsivaizduojamas elektrinių smegenų impulsų kiekis, reikalingas ketinimams ir mintims suprasti kaip jie atsiranda.

"BCI reikia realiojo laiko kontrolės", - tęsė Miranda. „Manau, kad kvantinis kompiuteris gali užtikrinti greitį, kurio mums reikia šiam apdorojimui… [Šiuo metu] negalime suprasti, ką reiškia visa ši netvarkinga informacija, kurią gauname naudodami EEG. Jei galėtume, galėtume pradėti klasifikuoti signalus ir žymėti tam tikrą elgesį, kurį verčiame sukurti.

Galbūt net nereikėtų įtempti tokio elgesio. Kaip rašo Azeemas Azharas savo 2021 m EksponentinisSmegenų ir kompiuterių sąsajų pažadas yra „ištraukti iš mūsų galvų neuroninę veiklą dar prieš tai, kai ji virsta mintimi“. Kaip ir rekomendacijų sistemos, tokios kaip Spotify, Netflix ir Amazon, siekia parodyti mums, ką norime vartoti anksčiau. mes netgi nusprendėme patys, todėl BCI taip pat skaitys mūsų vos sąmoningus mąstymo modelius ir ekstrapoliuos naudingą informaciją iš juos.

Tai gali būti išmaniųjų namų valdymas arba robotas, tinkamu momentu išskleidžiant reikiamą kontekstinę informaciją arba suteikiant smulkesnio judesio nervo valdomam protezui. Mirandos augintinio naudojimo atveju, prie kurio jis dirbo daugelį metų, tai galėtų būti padėti žmonėms, sergantiems uždarojo sindromu geriau bendrauti su išoriniu pasauliu.

Kvantinė metaverse?

Tada yra galimybė panaudoti smegenis sąveikai su pačiu kvantiniu kompiuteriu, o ne tik naudoti jį įkrovos apdorojimui. "Ateityje gali būti įmanoma paveikti kvantines būsenas kvantinėje mašinoje su psichinėmis būsenomis", - sakė Miranda. „Nesakysiu, kad savo smegenis galėsime supainioti su kvantiniais kompiuteriais, bet galėsime turėti tiesioginį ryšį su kvantinėmis būsenomis.

Tai galėtų būti kvantinio kompiuterio programavimas ne taip, kaip demonstruojamas, o tiesiog galvojant apie norimą išvestį ir leidžiant mašinai akimirksniu užprogramuoti reikiamą kodą. Įsivaizduokite tai kaip evoliucinį skaičiavimą (kai nurodote norimą išvestį ir leidžiate mašinai išsiaiškinti kūrybinį kelią iki jos) naudojant superpozicinius steroidus.

Kai kurie projekto tyrinėtojai taip pat džiaugiasi galimybe sukurti tai, ką jie vadina kvantu metaversa. (Ir jei manote, kad dabartinė taisyklingosios metaversos samprata yra neryškus aplink kraštus, pabandykite apvynioti galvą aplink kvantinį ekvivalentą!). Tačiau kažkaip ši idėja turi daug prasmės. A.I. tyrėjai jau seniai įsivaizdavo – ir iš tikrųjų tai pagrindžia visą tikrojo dirbtinio intelekto sampratą – kad smegenų drėgnąją įrangą galima atkurti naudojant aparatinę ir programinę įrangą. Bent jau nuo 1990-ųjų kai kurie žymūs fizikai ir matematikai įrodinėja, kad sąmonės prigimtis iš tikrųjų yra kvantinė.

Pavyzdžiui, a 2011 metų laikraštis bendraautorius pasaulinio garso Oksfordo matematikos fizikas Rogeris Penrose'as teigia, kad „sąmonė priklauso nuo biologiškai surežisuoto kvanto. smegenų neuronuose esančių mikrotubulių kolekcijų skaičiavimai, kad šie kvantiniai skaičiavimai koreliuoja su neuronų aktyvumu ir jį reguliuoja, ir kad Nuolatinė kiekvieno kvantinio skaičiavimo Schrödingerio evoliucija baigiasi pagal specifinę Diósi-Penrose (DP) „objektyvaus mažinimo“ schemą. kvantinė būsena“.

„Vyksta daug filosofinių diskusijų, teigiančių, kad smegenys veikia kaip kvantinis kompiuteris“, – paaiškino Miranda. „Žmonės svajoja, kad galbūt, jei pavyktų sujungti savo smegenis su a kvantinė mašina, tada mes tampame mašinos pratęsimu arba mašina tampa mūsų pratęsimu smegenys“.

(Miranda teigė, kad jo asmeniškai „visiškai neįtikino“ argumentas, kad smegenys veikia kaip kvantiniai kompiuteriai.)

Žingsnis pirmas ilgoje kelionėje

Kol kas didžioji dalis to yra toli – ir toli. Pažangą reikės padaryti keliose srityse: Kvantinių kompiuterių prieinamumas (buvo atlikta anksčiau aprašyta demonstracinė versija naudojant imituojamą kvantinį kompiuterį), kvantinių algoritmų naudingumą, nuolatinį smegenų skaitymo technologijų tobulinimą ir kt. daugiau.

Kitas žingsnis, – sakė projekto dalyvis profesorius Enrique Solano, tyrimų grupės „Quantum Technologies for Information Science“ (QUTIS) direktorius yra „ieškoti įstrigusio jono [kvantinis kompiuteris] arba pagrįstą sukimosi kubitais, kurie veikia kambario temperatūroje ir užtikrina, kad vėlavimo ir koherencijos laikai taps suderinamas“.

Atidaryti šią smegenų valdomo kvantinio skaičiavimo Pandoros skrynią bus sunku. Kalbame apie metus, kol tai taps praktiška ne tik kelioms perspektyvioms demonstracinėms versijoms. Tačiau didžiausios naujovės dažnai užtrunka.

"Smegenys yra sudėtingiausias objektas, kurį iki šiol žinome visatoje", - sakė Solano "Digital Trends". „Šia prasme, jei prijungiate jį su primityvia sąsaja, turite sutikti su pernelyg supaprastintu modeliu su minimaliomis biologinėmis ir protingomis savybėmis.

Kvantinė kompiuterija gali būti šios problemos sprendimas. Sveiki atvykę į Quantum Brain Network, iš tikrųjų.

Redaktorių rekomendacijos

• Žvilgsnis į „Lenovo“ tikslą užpildyti pasaulį tvaresniais kompiuteriais
• Mokslininkai ką tik pasiekė kvantinio skaičiavimo proveržį
• Domina „Twitter“ ateitis? Taip pat ir JK parlamentas
• Kurdami kvantinį skaičiavimą, mokslininkai sukuria „trūkstamą dėlionės dalį“.
• JK policija, tikisi sugriauti puodų fermą, užklupo kriptovaliutų kasyklą